(57)【要約】  周波数コンバータ（１９２）が，所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）の信号（ＲＥＦ１）をクロック信号として受け，さらに内部周波数設定信号（Ｓｉｇ１）を受け，内部周波数設定信号（Ｓｉｇ１）に基づいた値の周波数の内部信号（ＲＥＦ２）を出力する第一ダイレクトデジタルシンセサイザ（１９２０）と，内部信号（ＲＥＦ２）をクロック信号として受け，さらに出力周波数設定信号（Ｓｉｇ２）を受け，出力周波数設定信号（Ｓｉｇ２）に基づいた値の周波数（ｆ＿ｓｌａｖｅ（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ−Δ））の出力信号を出力する第二ダイレクトデジタルシンセサイザ（１９４０）とを備える。所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）および内部信号（ＲＥＦ２）の周波数の差が，所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）および出力信号の周波数（ｆ＿ｓｌａｖｅ）の差よりも大きい。
2011062114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の信号をクロック信号として受け、さらに内部周波数設定信号を受け、該内部周波数設定信号に基づいた値の周波数の内部信号を出力する第一ダイレクトデジタルシンセサイザと、
前記内部信号をクロック信号として受け、さらに出力周波数設定信号を受け、該出力周波数設定信号に基づいた値の周波数の出力信号を出力する第二ダイレクトデジタルシンセサイザと、
を備え、
前記所定の周波数および前記内部信号の周波数の差が、前記所定の周波数および前記出力信号の周波数の差よりも大きい、
信号出力器。
【請求項２】
請求項１に記載の信号出力器であって、
前記所定の周波数および前記内部信号の周波数の差が、１０ｋＨｚよりも大きい、
信号出力器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の信号出力器であって、
前記所定の周波数および前記内部信号の周波数の差をＰ［ＭＨｚ］とし、前記所定の周波数をＱ［ＭＨｚ］とした場合、ＰとＱとは互いに素であり、Ｐは１ではない、
信号出力器。
【請求項４】
請求項１に記載の信号出力器であって、
前記第一ダイレクトデジタルシンセサイザは、
前記所定の周波数の信号を受けた時点で、前記内部周波数設定信号に基づいて、位相を設定し、
前記位相における正弦波の振幅に対応する大きさの信号を出力する、
信号出力器。
【請求項５】
請求項１に記載の信号出力器であって、
前記第二ダイレクトデジタルシンセサイザは、
前記内部信号を受けた時点で、前記出力周波数設定信号に基づいて、位相を設定し、
前記位相における正弦波の振幅に対応する大きさの信号を出力する、
信号出力器。
【請求項６】
請求項１に記載の信号出力器であって、
前記所定の周波数の信号は、恒温槽付水晶発振器から出力された信号である、
信号出力器。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の信号出力器と、
前記所定の周波数の信号を出力する第一水晶発振器と、
第二水晶発振器と、
前記信号出力器の出力と、前記第二水晶発振器の出力との位相差を検出する位相差検出器と、
前記位相差検出器の出力の高周波成分を除去するループフィルタと、
を備え、
前記第二水晶発振器は、前記ループフィルタの出力に応じて、発振周波数を変化させ、
前記第一水晶発振器の出力を、第一の出力とし、
前記第二水晶発振器の出力を、第二の出力とする、
複数信号の信号源。
【請求項８】
請求項７に記載の複数信号の信号源であって、
前記第一水晶発振器および前記第二水晶発振器の一方または双方が、恒温槽付水晶発振器である、
複数信号の信号源。
【請求項９】
二個の、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の信号出力器と、
前記所定の周波数の信号を出力する第一水晶発振器と、
第二水晶発振器と、
第三水晶発振器と、
一方の前記信号出力器の出力と、前記第二水晶発振器の出力との位相差を検出する第一位相差検出器と、
前記第一位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第一ループフィルタと、
他方の前記信号出力器の出力と、前記第三水晶発振器の出力との位相差を検出する第二位相差検出器と、
前記第二位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第二ループフィルタと、
を備え、
前記第二水晶発振器は、前記第一ループフィルタの出力に応じて、発振周波数を変化させ、
前記第三水晶発振器は、前記第二ループフィルタの出力に応じて、発振周波数を変化させ、
前記第一水晶発振器の出力を、第一の出力とし、
前記第二水晶発振器の出力を、第二の出力とし、
前記第三水晶発振器の出力を、第三の出力とする、
複数信号の信号源。
【請求項１０】
請求項９に記載の複数信号の信号源であって、
前記第一水晶発振器、前記第二水晶発振器および前記第三水晶発振器のいずれか一つ以上が、恒温槽付水晶発振器である、
複数信号の信号源。
【請求項１１】
請求項７または８に記載の複数信号の信号源と、
第一レーザ光パルスを出力する第一レーザと、
前記第一レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記第一の出力との位相差を検出する第一レーザ用位相差検出器と、
前記第一レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第一レーザ用ループフィルタと、
第二レーザ光パルスを出力する第二レーザと、
前記第二レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記第二の出力との位相差を検出する第二レーザ用位相差検出器と、
前記第二レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第二レーザ用ループフィルタと、
を備え、
前記第一レーザは、前記第一レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させ、
前記第二レーザは、前記第二レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させる、
複数のレーザ光パルスの出力装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の複数のレーザ光パルスの出力装置であって、
電気信号に変換される前の前記第一レーザの出力と、前記第一レーザの出力を電気信号に変換したものと、前記第一の出力とのいずれか一つを受けて、位相を変化させて出力する位相シフタを備え、
前記第一の出力の周波数と、前記第二の出力の周波数とが等しい、
複数のレーザ光パルスの出力装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の複数のレーザ光パルスの出力装置であって、
電気信号に変換される前の前記第二レーザの出力と、前記第二レーザの出力を電気信号に変換したものと、前記第二の出力とのいずれか一つを受けて、位相を変化させて出力する位相シフタを備え、
前記第一の出力の周波数と、前記第二の出力の周波数とが等しい、
複数のレーザ光パルスの出力装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の複数のレーザ光パルスの出力装置であって、
前記第一レーザ用ループフィルタの出力または前記第二レーザ用ループフィルタの出力にアナログ信号を加算するアナログ信号加算器を備えた、
複数のレーザ光パルスの出力装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の複数のレーザ光パルスの出力装置であって、
前記アナログ信号は、矩形波、正弦波、方形波、前記複数のレーザ光パルスの出力装置の利用者が任意に定める波形の信号のいずれかである、
複数のレーザ光パルスの出力装置。
【請求項１６】
請求項９または１０に記載の複数信号の信号源と、
第一レーザ光パルスを出力する第一レーザと、
前記第一レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記第一の出力との位相差を検出する第一レーザ用位相差検出器と、
前記第一レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第一レーザ用ループフィルタと、
前記第二の出力および前記第三の出力を受け、前記第二の出力または前記第三の出力を出力する切替器と、
第二レーザ光パルスを出力する第二レーザと、
前記第二レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記切替器の出力との位相差を検出する第二レーザ用位相差検出器と、
前記第二レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第二レーザ用ループフィルタと、
を備え、
前記第一レーザは、前記第一レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させ、
前記第二レーザは、前記第二レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させる、
複数のレーザ光パルスの出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数同期のとれた信号の出力に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、２台のレーザの出力する光パルスの繰り返し周波数を一致させることが知られている（例えば、特許文献１の第１３図を参照）。
なお、関係のあると思われる文献として、特許文献２、非特許文献１〜６を挙げる。
【特許文献１】特開平１０−９６６１０号公報
【特許文献２】国際公開２００６／９２８７４号パンフレット
【非特許文献１】Ｂａｒｔｅｌｓ  ｅｔ  ａｌ，“Ｕｌｔｒａｆａｓｔ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓａｍｐｌｉｎｇ”，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，ｖｏｌ．７８，ｐｐ．０３５１０７（２００７）
【非特許文献２】Ｔ．Ｙａｓｕｉ  ｅｔ  ａｌ，“Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  ｕｌｔｒａｈｉｇｈ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒａｐｉｄ  ｄａｔａ  ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．８７，ｐｐ．０６１１０１（２００５）
【非特許文献３】Ａ．Ｂａｒｔｅｌｓ  ｅｔ  ａｌ，“Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＴＨｚ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ｋＨｚ  ｓｃａｎ  ｒａｔｅｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ  ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１４，ｐｐ．４３０（２００６）
【非特許文献４】Ａ．Ｂａｒｔｅｌｓ  ｅｔ  ａｌ，“Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｕｍｐ−ｐｒｏｂｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ａｔ  ｋｉｌｏｈｅｒｔｚ−ｓｃａｎ−ｒａｔｅｓ  ｉｖｅｒ  ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ−ｔｉｍｅ−ｄｅｌａｙｓ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｄｅｌａｙ  ｌｉｎｅ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．８８，ｐｐ．０４１１１７（２００６）
【非特許文献５】Ｃ．Ｊａｎｋｅ  ｅｔ  ａｌ，“Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｓｅｎｓｏｒｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３０，ｐｐ．１４０５（２００５）
【非特許文献６】Ｙ．Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ  ａｌ，“Ｓｕｂｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒｓ”，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，ｖｏｌ．７０，ｐｐ．２２１８（１９９９）
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、２台のレーザの出力する光パルスの繰り返し周波数を所望の値だけ異ならせた場合であっても、光パルスのジッタを抑制することを課題とする。
本発明にかかる信号出力器は、所定の周波数の信号をクロック信号として受け、さらに内部周波数設定信号を受け、該内部周波数設定信号に基づいた値の周波数の内部信号を出力する第一ダイレクトデジタルシンセサイザと、前記内部信号をクロック信号として受け、さらに出力周波数設定信号を受け、該出力周波数設定信号に基づいた値の周波数の出力信号を出力する第二ダイレクトデジタルシンセサイザと、を備え、前記所定の周波数および前記内部信号の周波数の差が、前記所定の周波数および前記出力信号の周波数の差よりも大きいように構成される。
上記のように構成された信号出力器によれば、第一ダイレクトデジタルシンセサイザが、所定の周波数の信号をクロック信号として受け、さらに内部周波数設定信号を受け、該内部周波数設定信号に基づいた値の周波数の内部信号を出力する。第二ダイレクトデジタルシンセサイザが、前記内部信号をクロック信号として受け、さらに出力周波数設定信号を受け、該出力周波数設定信号に基づいた値の周波数の出力信号を出力する。前記所定の周波数および前記内部信号の周波数の差が、前記所定の周波数および前記出力信号の周波数の差よりも大きい。
なお、本発明にかかる信号出力器は、前記所定の周波数および前記内部信号の周波数の差が、１０ｋＨｚよりも大きいようにしてもよい。
なお、本発明にかかる信号出力器は、前記所定の周波数および前記内部信号の周波数の差をＰ［ＭＨｚ］とし、前記所定の周波数をＱ［ＭＨｚ］とした場合、ＰとＱとは互いに素であり、Ｐは１ではないようにしてもよい。
なお、本発明にかかる信号出力器は、前記第一ダイレクトデジタルシンセサイザが、前記所定の周波数の信号を受けた時点で、前記内部周波数設定信号に基づいて、位相を設定し、前記位相における正弦波の振幅に対応する大きさの信号を出力するようにしてもよい。
なお、本発明にかかる信号出力器は、前記第二ダイレクトデジタルシンセサイザが、前記内部信号を受けた時点で、前記出力周波数設定信号に基づいて、位相を設定し、前記位相における正弦波の振幅に対応する大きさの信号を出力するようにしてもよい。
なお、本発明にかかる信号出力器は、前記所定の周波数の信号は、恒温槽付水晶発振器から出力された信号であるようにしてもよい。
本発明にかかる第一の複数信号の信号源は、本発明にかかる信号出力器と、前記所定の周波数の信号を出力する第一水晶発振器と、第二水晶発振器と、前記信号出力器の出力と、前記第二水晶発振器の出力との位相差を検出する位相差検出器と、前記位相差検出器の出力の高周波成分を除去するループフィルタと、を備え、前記第二水晶発振器は、前記ループフィルタの出力に応じて、発振周波数を変化させ、前記第一水晶発振器の出力を、第一の出力とし、前記第二水晶発振器の出力を、第二の出力とするように構成される。
なお、本発明にかかる第一の複数信号の信号源は、前記第一水晶発振器および前記第二水晶発振器の一方または双方が、恒温槽付水晶発振器であるようにしてもよい。
本発明にかかる第二の複数信号の信号源は、本発明にかかる二個の信号出力器と、前記所定の周波数の信号を出力する第一水晶発振器と、第二水晶発振器と、第三水晶発振器と、一方の前記信号出力器の出力と、前記第二水晶発振器の出力との位相差を検出する第一位相差検出器と、前記第一位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第一ループフィルタと、他方の前記信号出力器の出力と、前記第三水晶発振器の出力との位相差を検出する第二位相差検出器と、前記第二位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第二ループフィルタと、を備え、前記第二水晶発振器は、前記第一ループフィルタの出力に応じて、発振周波数を変化させ、前記第三水晶発振器は、前記第二ループフィルタの出力に応じて、発振周波数を変化させ、前記第一水晶発振器の出力を、第一の出力とし、前記第二水晶発振器の出力を、第二の出力とし、前記第三水晶発振器の出力を、第三の出力とするように構成される。
なお、本発明にかかる第二の複数信号の信号源は、前記第一水晶発振器、前記第二水晶発振器および前記第三水晶発振器のいずれか一つ以上が、恒温槽付水晶発振器であるようにしてもよい。
本発明にかかる第一の複数のレーザ光パルスの出力装置は、本発明にかかる第一の複数信号の信号源と、第一レーザ光パルスを出力する第一レーザと、前記第一レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記第一の出力との位相差を検出する第一レーザ用位相差検出器と、前記第一レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第一レーザ用ループフィルタと、第二レーザ光パルスを出力する第二レーザと、前記第二レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記第二の出力との位相差を検出する第二レーザ用位相差検出器と、前記第二レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第二レーザ用ループフィルタと、を備え、前記第一レーザは、前記第一レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させ、前記第二レーザは、前記第二レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させるように構成される。
なお、本発明にかかる第一の複数のレーザ光パルスの出力装置は、電気信号に変換される前の前記第一レーザの出力と、前記第一レーザの出力を電気信号に変換したものと、前記第一の出力とのいずれか一つを受けて、位相を変化させて出力する位相シフタを備え、前記第一の出力の周波数と、前記第二の出力の周波数とが等しいようにしてもよい。
なお、本発明にかかる第一の複数のレーザ光パルスの出力装置は、電気信号に変換される前の前記第二レーザの出力と、前記第二レーザの出力を電気信号に変換したものと、前記第二の出力とのいずれか一つを受けて、位相を変化させて出力する位相シフタを備え、前記第一の出力の周波数と、前記第二の出力の周波数とが等しいようにしてもよい。
なお、本発明にかかる第一の複数のレーザ光パルスの出力装置は、前記第一レーザ用ループフィルタの出力または前記第二レーザ用ループフィルタの出力にアナログ信号を加算するアナログ信号加算器を備えるようにしてもよい。
なお、本発明にかかる第一の複数のレーザ光パルスの出力装置は、前記アナログ信号が、矩形波、正弦波、方形波、前記複数のレーザ光パルスの出力装置の利用者が任意に定める波形の信号のいずれかであるようにしてもよい。
本発明にかかる第二の複数のレーザ光パルスの出力装置は、本発明にかかる第二の複数信号の信号源と、第一レーザ光パルスを出力する第一レーザと、前記第一レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記第一の出力との位相差を検出する第一レーザ用位相差検出器と、前記第一レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第一レーザ用ループフィルタと、前記第二の出力および前記第三の出力を受け、前記第二の出力または前記第三の出力を出力する切替器と、第二レーザ光パルスを出力する第二レーザと、前記第二レーザ光パルスを電気信号に変換したものと、前記切替器の出力との位相差を検出する第二レーザ用位相差検出器と、前記第二レーザ用位相差検出器の出力の高周波成分を除去する第二レーザ用ループフィルタと、を備え、前記第一レーザは、前記第一レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させ、前記第二レーザは、前記第二レーザ用ループフィルタの出力に応じて、前記第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の第一の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第２図は、第一の実施形態にかかる周波数同期信号源１９の構成を示す図である。
第３図は、第一の実施形態にかかる周波数コンバータ（信号出力器）１９２の構成を示す図である。
第４図は、第一の実施形態にかかる第一ＤＤＳ１９２０の構成を示す図である。
第５図は、第一の実施形態にかかる第二ＤＤＳ１９４０の構成を示す図である。
第６図は、第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第７図は、第二の実施形態の第一変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第８図は、第二の実施形態の第二変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第９図は、第三の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第１０図は、第三の実施形態の第一変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第１１図は、第三の実施形態の第二変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第１２図は、第四の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第１３図は、第五の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第１４図は、第六の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第１５図は、第六の実施形態にかかる周波数同期信号源１９の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第一の実施形態
第１図は、本発明の第一の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。複数のレーザ光パルスの出力装置１は、繰り返し周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの第一レーザ光パルスと、繰り返し周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ−Δ）の第二レーザ光パルスとを出力する。なお、例えば、ｆ＿ｍａｓｔｅｒは５０ＭＨｚである。Δは、ｆ＿ｍａｓｔｅｒに比べて微小な値であり、例えば、５Ｈｚまたは１０Ｈｚである。ただし、Δは、５Ｈｚまたは１０Ｈｚに限定されず、−３００Ｈｚから＋３００Ｈｚまで、０．００１Ｈｚずつ増やしていった値（−３００Ｈｚ、−３００Ｈｚ＋０．００１Ｈｚ、−３００Ｈｚ＋０．００２Ｈｚ、…、＋３００Ｈｚ−０．００１Ｈｚ、＋３００Ｈｚ）であってもよい。
第一の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、マスターレーザ（第一レーザ）１１、光カプラ１２、フォトダイオード１３、マスタ側位相比較器（第一レーザ用位相差検出器）１４、マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５、ピエゾドライバ１７、モータドライバ１８、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９、スレーブレーザ（第二レーザ）２１、光カプラ２２、フォトダイオード２３、スレーブ側位相比較器（第二レーザ用位相差検出器）２４、スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５、ピエゾドライバ２７、モータドライバ２８、信号源制御部２９ａ、モータドライバ制御部２９ｂを備える。
周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９は、周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号（第一の出力）と、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ−Δ）の信号（第二の出力）とを出力する。
マスターレーザ（第一レーザ）１１は、繰り返し周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの第一レーザ光パルスを出力する。
マスターレーザ（第一レーザ）１１は、ピエゾ素子１１１、トランスレーションステージ１１２を有する。ピエゾ素子１１１は、電圧が印加されることにより、Ｘ方向（第１図における横方向）に伸縮する。トランスレーションステージ１１２は、Ｘ方向に移動する。ピエゾ素子１１１のＸ方向の伸縮と、トランスレーションステージ１１２のＸ方向の移動によって、マスターレーザ１１のレーザ共振器長が制御され、マスターレーザ１１が出力する第一レーザ光パルスの繰り返し周波数が制御される。
光カプラ１２は、マスターレーザ１１の出力する第一レーザ光パルスを受け、例えば、パワー比にして、１：９の割合で、フォトダイオード１３と外部に出力する。例えば、フォトダイオード１３に与えられる第一レーザ光パルスの光パワーが、マスターレーザ１１の出力する第一レーザ光パルスの光パワーの１０％ということになる。
フォトダイオード１３は、光カプラ１２から第一レーザ光パルスを受け、電気信号に変換する。
マスタ側位相比較器（第一レーザ用位相差検出器）１４は、フォトダイオード１３の出力と、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９の出力する周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号（第一の出力）との位相を比較し、両者の位相差を検出して出力する。
マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５は、マスタ側位相比較器１４の出力の高周波成分を除去する。なお、「除去」といった場合、必ずしも完全な除去のみを意味するわけではなく、わずかに高周波成分が残ってしまっても「除去」に該当する。これ以降の「除去」も同じ意味である。
マスタ側ループフィルタ１５の出力は、直流電圧信号となる。しかも、マスタ側ループフィルタ１５の時定数を適宜設定することで、マスターレーザ１１の繰り返し周波数の制御を安定させる。
ピエゾドライバ１７は、例えば、パワーアンプであり、マスタ側ループフィルタ１５の出力を増幅する。例えば、マスタ側ループフィルタ１５の出力を０〜＋１５０Ｖにする。ピエゾドライバ１７の出力は、ピエゾ素子１１１に与えられる。これにより、ピエゾ素子１１１がＸ方向に伸縮する。ただし、マスタ側位相比較器１４の検出する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）になるように、ピエゾ素子１１１を伸縮させるものとする。これにより、第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を、正確に、周波数同期信号源１９の第一の出力の周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒに合わせることができる。
すなわち、第一レーザ１１は、マスタ側ループフィルタ１５の出力に応じて、ピエゾ素子１１１をＸ方向に伸縮させることにより、第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させて、ｆ＿ｍａｓｔｅｒに合わせる。
モータドライバ１８は、トランスレーションステージ１１２を駆動するモータ（図示省略）を駆動する回路である。モータドライバ１８は、トランスレーションステージ１１２をＸ方向に移動させ、おおまかに、第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒに合わせる。
スレーブレーザ（第二レーザ）２１は、繰り返し周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ−Δ）の第二レーザ光パルスを出力する。
スレーブレーザ（第二レーザ）２１は、ピエゾ素子２１１、トランスレーションステージ２１２を有する。ピエゾ素子２１１は、電圧が印加されることにより、Ｘ方向（第１図における横方向）に伸縮する。トランスレーションステージ２１２は、Ｘ方向に移動する。ピエゾ素子２１１のＸ方向の伸縮と、トランスレーションステージ２１２のＸ方向の移動によって、スレーブレーザ２１のレーザ共振器長が制御され、スレーブレーザ２１が出力する第二レーザ光パルスの繰り返し周波数が制御される。
光カプラ２２は、スレーブレーザ２１の出力する第二レーザ光パルスを受け、例えば、パワー比にして、１：９の割合で、フォトダイオード２３と外部に出力する。例えば、フォトダイオード２３に与えられる第二レーザ光パルスの光パワーが、スレーブレーザ２１の出力する第二レーザ光パルスの光パワーの１０％ということになる。
フォトダイオード２３は、光カプラ２２から第二レーザ光パルスを受け、電気信号に変換する。
スレーブ側位相比較器（第二レーザ用位相差検出器）２４は、フォトダイオード２３の出力と、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９の出力する周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号（第二の出力）との位相を比較し、両者の位相差を検出して出力する。
スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５は、スレーブ側位相比較器２４の出力の高周波成分を除去する。
ピエゾドライバ２７は、例えば、パワーアンプであり、スレーブ側ループフィルタ２５の出力を増幅する。例えば、スレーブ側ループフィルタ２５の出力を０〜＋１５０Ｖにする。ピエゾドライバ２７の出力は、ピエゾ素子２１１に与えられる。これにより、ピエゾ素子２１１がＸ方向に伸縮する。ただし、スレーブ側位相比較器２４の検出する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）になるように、ピエゾ素子２１１を伸縮させるものとする。これにより、第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を、正確に、周波数同期信号源１９の第二の出力の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅに合わせることができる。
すなわち、第二レーザ２１は、スレーブ側ループフィルタ２５の出力に応じて、ピエゾ素子２１１をＸ方向に伸縮させることにより、第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を変化させて、ｆ＿ｓｌａｖｅに合わせる。
モータドライバ２８は、トランスレーションステージ２１２を駆動するモータ（図示省略）を駆動する回路である。モータドライバ２８は、トランスレーションステージ２１２をＸ方向に移動させ、おおまかに、第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を周波数ｆ＿ｓｌａｖｅに合わせる。
信号源制御部２９ａは、周波数同期信号源１９に、内部周波数設定信号Ｓｉｇ１、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２を与え、周波数同期信号源１９を制御する。
モータドライバ制御部２９ｂは、モータドライバ１８に信号ＳｉｇＭを与え、モータドライバ２８に信号ＳｉｇＳを与え、モータドライバ１８、２８を上記のように作動させる。
第２図は、第一の実施形態にかかる周波数同期信号源１９の構成を示す図である。第一の実施形態にかかる周波数同期信号源１９は、第一水晶発振器１９１、周波数コンバータ（信号出力器）１９２、位相比較器（位相差検出器）１９３、第二水晶発振器１９４、ループフィルタ１９５を備える。
第一水晶発振器１９１は、所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）の信号を出力する。第一水晶発振器１９１および第二水晶発振器１９４の一方または双方が、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）であることが好ましい。第一水晶発振器１９１および第二水晶発振器１９４を恒温槽付水晶発振器とした場合、周波数可変範囲（出力周波数に対する割合）は、例えば±５×１０−６である。恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）によれば、位相雑音が極めて小さく、かつ周波数安定度が極めて高い信号を得ることができる。
位相比較器（位相差検出器）１９３は、周波数コンバータ（信号出力器）１９２の出力と、第二水晶発振器１９４の出力との位相を比較し、両者の位相差を検出して、出力する。
ループフィルタ１９５は、位相比較器１９３の出力の高周波成分を除去する。
なお、第二水晶発振器１９４は、ループフィルタ１９５の出力（Ｖｃｏｎｔ）を受け、Ｖｃｏｎｔに応じて、発振周波数を変化させる。ただし、位相比較器１９３の出力する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）となるように、第二水晶発振器１９４が発振周波数を変化させる。
ここで、第一水晶発振器１９１の出力を、第一の出力（周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号）とする。第二水晶発振器１９４の出力を、第二の出力（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号）とする。
第３図は、第一の実施形態にかかる周波数コンバータ（信号出力器）１９２の構成を示す図である。周波数コンバータ（信号出力器）１９２は、第一水晶発振器１９１（例えば、恒温槽付水晶発振器）から与えられた信号ＲＥＦ１の周波数安定度と同程度の周波数安定度を有する信号（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ）を出力する。
周波数コンバータ（信号出力器）１９２は、第一ＤＤＳ（第一ダイレクトデジタルシンセサイザ）１９２０、第二ＤＤＳ（第二ダイレクトデジタルシンセサイザ）１９４０を備える。第一ＤＤＳ１９２０、第二ＤＤＳ１９４０は、０．００１Ｈｚから１Ｈｚまでの設定分解能で１００ＭＨｚ程度までの電気信号を出力できる。
第一ＤＤＳ１９２０は、第一水晶発振器１９１（例えば、恒温槽付水晶発振器）から出力された所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）の信号ＲＥＦ１をクロック信号として受ける。第一ＤＤＳ１９２０は、さらに内部周波数設定信号Ｓｉｇ１を受ける。第一ＤＤＳ１９２０は、内部周波数設定信号Ｓｉｇ１に基づいた値の周波数の内部信号ＲＥＦ２を出力する。なお、ｆ＿ｍａｓｔｅｒは、上記のように、例えば５０ＭＨｚである。内部信号ＲＥＦ２の周波数は、例えば、４７ＭＨｚである。このように、所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ＝５０ＭＨｚ）および内部信号の周波数（４７ＭＨｚ）の差が、１０ｋＨｚよりも大きいものとする。
第二ＤＤＳ１９４０は、内部信号ＲＥＦ２をクロック信号として受ける。第二ＤＤＳ１９４０は、さらに出力周波数設定信号Ｓｉｇ２を受ける。第二ＤＤＳ１９４０は、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２に基づいた値の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの出力信号を出力する。
なお、所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ＝５０ＭＨｚ）および内部信号の周波数（４７ＭＨｚ）の差が、所定の周波数および出力信号の周波数の差Δ（５Ｈｚまたは１０Ｈｚ）よりも大きい。
なお、第一ＤＤＳ１９２０および第二ＤＤＳ１９４０は、周知のダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）であるが、簡単に、その構成を説明する。
第４図は、第一の実施形態にかかる第一ＤＤＳ１９２０の構成を示す図である。第一ＤＤＳ１９２０は、位相設定部１９２０ａ、正弦波出力部１９２０ｂ、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１９２０ｃ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９２０ｄを有する。
正弦波出力部１９２０ｂには、一周期の正弦波の振幅が、Ｎビットで表された位相に対応づけて記録されている（ただし、Ｎは１以上の整数）。位相は０〜３６０度までの値をとるが、３６０度を２Ｎ等分したそれぞれの位相における正弦波の振幅が記録されている。正弦波出力部１９２０ｂは、Ｎビットの位相が入力されると、その位相における正弦波の振幅に対応する大きさの信号を出力する。
位相設定部１９２０ａは、所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）の信号ＲＥＦ１を受けた時点で、内部周波数設定信号Ｓｉｇ１に基づいて、位相を設定し、正弦波出力部１９２０ｂに与える。
Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１９２０ｃは、正弦波出力部１９２０ｂの出力するデジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。なお、Ｄ／Ａコンバータ１９２０ｃにも、信号ＲＥＦ１がクロック信号として与えられている。
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９２０ｄは、Ｄ／Ａコンバータ１９２０ｃの出力の高周波成分を除去する。ローパスフィルタ１９２０ｄの出力が、第一ＤＤＳ１９２０の出力である内部信号ＲＥＦ２となる。
位相設定部１９２０ａが信号ＲＥＦ１（周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）を受ける度に、位相設定部１９２０ａによって、位相を１ビット（ただし、３６０度をＮビットとする）ずつ大きくして、正弦波出力部１９２０ｂに与えるとする。すると、正弦波出力部１９２０ｂの出力する信号の周波数は、（１／２Ｎ）×ｆ＿ｍａｓｔｅｒとなる。
同様に、位相設定部１９２０ａが信号ＲＥＦ１（周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）を受ける度に、位相設定部１９２０ａによって、位相をＸビットずつ大きくして、正弦波出力部１９２０ｂに与えれば、正弦波出力部１９２０ｂの出力する信号の周波数（＝内部信号ＲＥＦ２の周波数）は、（Ｘ／２Ｎ）×ｆ＿ｍａｓｔｅｒとなる。位相設定部１９２０ａが設定する位相をＸビットずつ大きくすることは、ラッチおよび加算器により可能である。回路構成は、周知のＤＤＳと同様であり、説明を省略する。
Ｘの値に応じて、内部信号ＲＥＦ２の周波数の値を変化させることが可能なことがわかる。ここで、内部信号ＲＥＦ２の周波数が所望の値（例えば、４７ＭＨｚ）になるようなＸの値を、内部周波数設定信号Ｓｉｇ１として、位相設定部１９２０ａに与える。
第５図は、第一の実施形態にかかる第二ＤＤＳ１９４０の構成を示す図である。第二ＤＤＳ１９４０は、位相設定部１９４０ａ、正弦波出力部１９４０ｂ、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１９４０ｃ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９４０ｄを有する。
正弦波出力部１９４０ｂには、一周期の正弦波の振幅が、Ｎビットで表された位相に対応づけて記録されている（ただし、Ｎは１以上の整数）。位相は０〜３６０度までの値をとるが、３６０度を２Ｎ等分したそれぞれの位相における正弦波の振幅が記録されている。正弦波出力部１９４０ｂは、Ｎビットの位相が入力されると、その位相における正弦波の振幅に対応する大きさの信号を出力する。
位相設定部１９４０ａは、内部信号ＲＥＦ２を受けた時点で、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２に基づいて、位相を設定し、正弦波出力部１９４０ｂに与える。
Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）１９４０ｃは、正弦波出力部１９４０ｂの出力するデジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。なお、Ｄ／Ａコンバータ１９４０ｃにも、内部信号ＲＥＦ２がクロック信号として与えられている。
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９４０ｄは、Ｄ／Ａコンバータ１９４０ｃの出力の高周波成分を除去する。ローパスフィルタ１９４０ｄの出力が、第二ＤＤＳ１９４０の出力信号（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ）となる。
位相設定部１９４０ａが内部信号ＲＥＦ２を受ける度に、位相設定部１９４０ａによって、位相を１ビット（ただし、３６０度をＮビットとする）ずつ大きくして、正弦波出力部１９４０ｂに与えるとする。すると、正弦波出力部１９４０ｂの出力する信号の周波数は、（１／２Ｎ）×（内部信号ＲＥＦ２の周波数）となる。
同様に、位相設定部１９４０ａが内部信号ＲＥＦ２を受ける度に、位相設定部１９４０ａによって、位相をＸビットずつ大きくして、正弦波出力部１９４０ｂに与えれば、正弦波出力部１９４０ｂの出力する信号の周波数（＝周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ）は、（Ｘ／２Ｎ）×（内部信号ＲＥＦ２の周波数）となる。位相設定部１９４０ａが設定する位相をＸビットずつ大きくすることは、ラッチおよび加算器により可能である。回路構成は、周知のＤＤＳと同様であり、説明を省略する。
Ｘの値に応じて、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅを変化させることが可能なことがわかる。ここで、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅが所望の値（例えば、５０ＭＨｚ−５Ｈｚまたは５０ＭＨｚ−１０Ｈｚ）になるようなＸの値を、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２として、位相設定部１９４０ａに与える。
次に、第一の実施形態の動作を説明する。
まず、第１図を参照して、モータドライバ制御部２９ｂが、モータドライバ１８に信号ＳｉｇＭを与える。これにより、モータドライバ１８が、マスターレーザ１１のトランスレーションステージ１１２をＸ方向に移動させ、おおまかに、マスターレーザ１１が出力する第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒに合わせる。
ただし、トランスレーションステージ１１２による繰り返し周波数の制御は、精密なものではない。精密に繰り返し周波数を制御するためには、ピエゾ素子１１１による繰り返し周波数の制御が必要である。
しかも、モータドライバ制御部２９ｂが、モータドライバ２８に信号ＳｉｇＳを与える。これにより、モータドライバ２８が、スレーブレーザ２１のトランスレーションステージ２１２をＸ方向に移動させ、おおまかに、スレーブレーザ２１が出力する第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を周波数ｆ＿ｓｌａｖｅに合わせる。
ただし、トランスレーションステージ２１２による繰り返し周波数の制御は、精密なものではない。精密に繰り返し周波数を制御するためには、ピエゾ素子２１１による繰り返し周波数の制御が必要である。
また、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９から、周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号（第一の出力）と、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ−Δ）の信号（第二の出力）とが出力される。第一の出力の周波数と、第二の出力の周波数とは極めて正確である。すなわち、第一の出力の周波数の安定度と、第二の出力の周波数の安定度とが極めて高い。
第２図を参照して、例えば、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）のような高精度の水晶発振器である第一水晶発振器１９１からは、所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）の信号が、第一の出力として出力される。よって、第一の出力の周波数は極めて正確である。
所定の周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）の信号は、信号ＲＥＦ１として、周波数コンバータ１９２に与えられる。しかも、周波数コンバータ１９２には、内部周波数設定信号Ｓｉｇ１、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２が与えられる。これにより、周波数コンバータ１９２からは、信号ＲＥＦ１の周波数安定度と同程度の周波数安定度を有する信号（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ）が出力される。
第３図を参照して、第一ＤＤＳ１９２０は、信号ＲＥＦ１をクロック信号として受け、内部周波数設定信号Ｓｉｇ１に基づいた値の周波数の内部信号ＲＥＦ２を出力する。第二ＤＤＳ１９４０は、内部信号ＲＥＦ２をクロック信号として受け、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２に基づいた値の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの出力信号を出力する。
周知のダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）に、５０ＭＨｚのクロック信号を与え、５０ＭＨｚ−５Ｈｚまたは５０ＭＨｚ−１０Ｈｚの信号を出力させようとしたと仮定する。ダイレクトデジタルシンセサイザに、クロック信号の周波数に近い周波数の信号を出力させようとした場合、出力にスプリアス成分が多く混入してしまう。
しかし、第一ＤＤＳ１９２０および第二ＤＤＳ１９４０を直列に接続し、内部信号ＲＥＦ２の周波数をｆ＿ｍａｓｔｅｒから大きく離す（例えば、１０ｋＨｚよりも大きく離し、３ＭＨｚ（＝５０ＭＨｚ−４７ＭＨｚ）とする）ことで、第二ＤＤＳ１９４０の出力に混入するスプリアス成分を少なくすることができることが、発明者により発見された。なお、ｆ＿ｍａｓｔｅｒと内部信号ＲＥＦ２の周波数との差をＰ［ＭＨｚ］、ｆ＿ｍａｓｔｅｒをＱ［ＭＨｚ］とした場合、ＰとＱとは互いに素であることが好ましい（ただし、Ｐが１ではないものとする）。例えば、上記のように、Ｐ＝３かつＱ＝５０でもよいが、Ｐ＝７または９かつＱ＝５０でもよい。また、Ｑは５０に限らず、例えば、１００、２５または１０でもよい。
第２図を参照して、位相比較器１９３、第二水晶発振器１９４およびループフィルタ１９５はＰＬＬ回路を構成する。位相比較器１９３は、周波数コンバータ１９２の出力（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ）と、第二水晶発振器１９４（例えば、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）のような高精度の水晶発振器である）の出力との位相を比較し、両者の位相差を検出して、出力する。ループフィルタ１９５は、位相比較器１９３の出力の高周波成分を除去する。第二水晶発振器１９４は、ループフィルタ１９５の出力（Ｖｃｏｎｔ）を受け、Ｖｃｏｎｔに応じて、位相比較器１９３の出力する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）となるように、発振周波数を変化させる。これにより、第二水晶発振器１９４の出力する信号の周波数は、正確にｆ＿ｓｌａｖｅとなる。
第二水晶発振器１９４からは、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号が、第二の出力として出力される。よって、第二の出力の周波数は極めて正確である。
第１図を参照して、マスターレーザ１１の出力する第一レーザ光パルスは光カプラ１２によりその一部がフォトダイオード１３に導かれ、光電変換される。マスタ側位相比較器１４は、フォトダイオード１３の出力と、周波数同期信号源１９の出力する周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号（第一の出力）との位相を比較し、両者の位相差を検出して出力する。マスタ側位相比較器１４の出力は、マスタ側ループフィルタ１５により高周波成分が除去され、ピエゾドライバ１７により増幅されて、ピエゾ素子１１１に与えられる。マスタ側位相比較器１４の検出する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）になるように、ピエゾ素子１１１が伸縮する。これにより、第一レーザ光パルスの繰り返し周波数を、正確に、周波数同期信号源１９の第一の出力の周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒに合わせることができる。
スレーブレーザ２１の出力する第二レーザ光パルスは光カプラ２２によりその一部がフォトダイオード２３に導かれ、光電変換される。スレーブ側位相比較器２４は、フォトダイオード２３の出力と、周波数同期信号源１９の出力する周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号（第二の出力）との位相を比較し、両者の位相差を検出して出力する。スレーブ側位相比較器２４の出力は、スレーブ側ループフィルタ２５により高周波成分が除去され、ピエゾドライバ２７により増幅されて、ピエゾ素子２１１に与えられる。スレーブ側位相比較器２４の検出する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）になるように、ピエゾ素子２１１が伸縮する。これにより、第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を、正確に、周波数同期信号源１９の第二の出力の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅに合わせることができる。
第一の実施形態によれば、例えば、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）のような高精度の水晶発振器である第一水晶発振器１９１から、周波数（ｆ＿ｍａｓｔｅｒ）が極めて正確である第一の出力が得られる。
しかも、周波数コンバータ１９２の第二ＤＤＳ１９４０からは、スプリアス成分の少ない、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号が得られる。周波数コンバータ１９２の第二ＤＤＳ１９４０からの信号に基づき、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）のような高精度の水晶発振器である第二水晶発振器１９４から、周波数（ｆ＿ｓｌａｖｅ）が極めて正確である第二の出力が得られる。
さらに、周波数が極めて正確である第一の出力および第二の出力に基づき、ピエゾ素子１１１、２１１がＸ方向に伸縮して、第一レーザ光パルスの繰り返し周波数および第二レーザ光パルスの繰り返し周波数を、それぞれ、周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒ、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅに正確にあわせることができ、ジッタも少なくすることができる。
すなわち、２台のレーザ（マスターレーザ１１およびスレーブレーザ２１）の出力する光パルス（第一レーザ光パルス、第二レーザ光パルス）の繰り返し周波数を所望の値Δ（例えば、５Ｈｚまたは１０Ｈｚ）だけ異ならせ、しかも、光パルス（第一レーザ光パルス、第二レーザ光パルス）のジッタを抑制することができる。
第二の実施形態
第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、可変位相シフタ３０を備え、周波数同期信号源１９の第一の出力の周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒと第二の出力の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅとが等しい点が、第一の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１と異なる。
第６図は、第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。
第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、マスターレーザ（第一レーザ）１１、光カプラ１２、フォトダイオード１３、マスタ側位相比較器（第一レーザ用位相差検出器）１４、マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５、ピエゾドライバ１７、モータドライバ１８、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９、スレーブレーザ（第二レーザ）２１、光カプラ２２、フォトダイオード２３、スレーブ側位相比較器（第二レーザ用位相差検出器）２４、スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５、ピエゾドライバ２７、モータドライバ２８、信号源制御部２９ａ、モータドライバ制御部２９ｂ、可変位相シフタ３０を備える。
周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９の第一の出力の周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒと第二の出力の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅとは等しい。可変位相シフタ３０は、周波数同期信号源１９から第一の出力を受け、位相を変化させて、マスタ側位相比較器１４に出力する。なお、可変位相シフタ３０による位相の変化量は変えることができる。
それ以外の部分は、第一の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第二の実施形態の動作は、第一の実施形態の動作と同様である。ただし、第一レーザ光パルスの繰り返し周波数および第二レーザ光パルスの繰り返し周波数は同じ値となる。しかも、第一レーザ光パルスと第二レーザ光パルスとの位相差が、可変位相シフタ３０による位相の変化量に相当するものとなる。
第二の実施形態によれば、マスターレーザ１１の出力する第一レーザ光パルスの繰返し周波数と、スレーブレーザ２１の出力する第二レーザ光パルスの繰返し周波数を同じにして、互いの位相差を任意に制御することができるようになる。
なお、第二の実施形態においては、可変位相シフタ３０により、第一の出力の位相を変化させたが、第一レーザ１１の出力（第一レーザ光パルス）を電気信号に変換したものの位相を変化させてもよいし（第７図参照）、電気信号に変換される前の第一レーザ１１の出力（第一レーザ光パルス）の位相を変化させてもよい（第８図参照）。
第７図は、第二の実施形態の第一変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。可変位相シフタ３０は、フォトダイオード１３の出力を受け、位相を変化させて、マスタ側位相比較器１４に出力する。なお、フォトダイオード１３の出力は、第一レーザ１１の出力（第一レーザ光パルス）を電気信号に変換したものである。可変位相シフタ３０以外は、第二の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第８図は、第二の実施形態の第二変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。可変位相シフタ３０は、光カプラ１２の出力を受け、位相を変化させて、フォトダイオード１３に出力する。なお、光カプラ１２の出力は、フォトダイオード１３により電気信号に変換される前の第一レーザ１１の出力（第一レーザ光パルス）である。可変位相シフタ３０以外は、第二の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第三の実施形態
第三の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、可変位相シフタ３０を備え、周波数同期信号源１９の第一の出力の周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒと第二の出力の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅとが等しい点が、第一の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１と異なる。
第９図は、第三の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。
第三の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、マスターレーザ（第一レーザ）１１、光カプラ１２、フォトダイオード１３、マスタ側位相比較器（第一レーザ用位相差検出器）１４、マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５、ピエゾドライバ１７、モータドライバ１８、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９、スレーブレーザ（第二レーザ）２１、光カプラ２２、フォトダイオード２３、スレーブ側位相比較器（第二レーザ用位相差検出器）２４、スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５、ピエゾドライバ２７、モータドライバ２８、信号源制御部２９ａ、モータドライバ制御部２９ｂ、可変位相シフタ３０を備える。
周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９の第一の出力の周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒと第二の出力の周波数ｆ＿ｓｌａｖｅとは等しい。可変位相シフタ３０は、周波数同期信号源１９から第二の出力を受け、位相を変化させて、スレーブ側位相比較器２４に出力する。なお、可変位相シフタ３０による位相の変化量は変えることができる。
それ以外の部分は、第一の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第三の実施形態の動作は、第一の実施形態の動作と同様である。ただし、第一レーザ光パルスの繰り返し周波数および第二レーザ光パルスの繰り返し周波数は同じ値となる。しかも、第一レーザ光パルスと第二レーザ光パルスとの位相差が、可変位相シフタ３０による位相の変化量に相当するものとなる。
第三の実施形態によれば、マスターレーザ１１の出力する第一レーザ光パルスの繰返し周波数と、スレーブレーザ２１の出力する第二レーザ光パルスの繰返し周波数を同じにして、互いの位相差を任意に制御することができるようになる。
なお、第三の実施形態においては、可変位相シフタ３０により、第二の出力の位相を変化させたが、第二レーザ２１の出力（第二レーザ光パルス）を電気信号に変換したものの位相を変化させてもよいし（第１０図参照）、電気信号に変換される前の第二レーザ２１の出力（第二レーザ光パルス）の位相を変化させてもよい（第１１図参照）。
第１０図は、第三の実施形態の第一変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。可変位相シフタ３０は、フォトダイオード２３の出力を受け、位相を変化させて、スレーブ側位相比較器２４に出力する。なお、フォトダイオード２３の出力は、第二レーザ２１の出力（第二レーザ光パルス）を電気信号に変換したものである。可変位相シフタ３０以外は、第三の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第１１図は、第三の実施形態の第二変形例にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。可変位相シフタ３０は、光カプラ２２の出力を受け、位相を変化させて、フォトダイオード２３に出力する。なお、光カプラ２２の出力は、フォトダイオード２３により電気信号に変換される前の第二レーザ２１の出力（第二レーザ光パルス）である。可変位相シフタ３０以外は、第三の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第四の実施形態
第四の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１（第６図参照）に、アナログ信号加算器３１を付加したものである。
第１２図は、第四の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第四の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、マスターレーザ（第一レーザ）１１、光カプラ１２、フォトダイオード１３、マスタ側位相比較器（第一レーザ用位相差検出器）１４、マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５、ピエゾドライバ１７、モータドライバ１８、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９、スレーブレーザ（第二レーザ）２１、光カプラ２２、フォトダイオード２３、スレーブ側位相比較器（第二レーザ用位相差検出器）２４、スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５、ピエゾドライバ２７、モータドライバ２８、信号源制御部２９ａ、モータドライバ制御部２９ｂ、可変位相シフタ３０、アナログ信号加算器３１を備える。
アナログ信号加算器３１は、スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５の出力にアナログ信号を加算し、ピエゾドライバ２７に与える。アナログ信号は、矩形波、正弦波、方形波、複数のレーザ光パルスの出力装置１の利用者が任意に定める波形の信号のいずれかである。他の部分は、第二の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第四の実施形態の動作は、第二の実施形態の動作と同様である。
第四の実施形態によれば、スレーブレーザ２１の出力の位相に変調を与えることができる。
なお、第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１（第６図参照）に、アナログ信号加算器３１を付加したものとして、第四の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１を説明してきた。しかし、第二の実施形態の第一変形例（第７図参照）、第二の実施形態の第二変形例（第８図参照）、第三の実施形態（第９図参照）、第三の実施形態の第一変形例（第１０図参照）、第三の実施形態の第二変形例（第１１図参照）に、上記のアナログ信号加算器３１を追加してもよい。
第五の実施形態
第五の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１（第６図参照）に、アナログ信号加算器３１を付加したものである。
第１３図は、第五の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第五の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、マスターレーザ（第一レーザ）１１、光カプラ１２、フォトダイオード１３、マスタ側位相比較器（第一レーザ用位相差検出器）１４、マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５、ピエゾドライバ１７、モータドライバ１８、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９、スレーブレーザ（第二レーザ）２１、光カプラ２２、フォトダイオード２３、スレーブ側位相比較器（第二レーザ用位相差検出器）２４、スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５、ピエゾドライバ２７、モータドライバ２８、信号源制御部２９ａ、モータドライバ制御部２９ｂ、可変位相シフタ３０、アナログ信号加算器３１を備える。
アナログ信号加算器３１は、マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５の出力にアナログ信号を加算し、ピエゾドライバ１７に与える。アナログ信号は、矩形波、正弦波、方形波、複数のレーザ光パルスの出力装置１の利用者が任意に定める波形の信号のいずれかである。他の部分は、第二の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第五の実施形態の動作は、第二の実施形態の動作と同様である。
第五の実施形態によれば、マスターレーザ１１の出力の位相に変調を与えることができる。
なお、第二の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１（第６図参照）に、アナログ信号加算器３１を付加したものとして、第五の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１を説明してきた。しかし、第二の実施形態の第一変形例（第７図参照）、第二の実施形態の第二変形例（第８図参照）、第三の実施形態（第９図参照）、第三の実施形態の第一変形例（第１０図参照）、第三の実施形態の第二変形例（第１１図参照）に、上記のアナログ信号加算器３１を追加してもよい。
第六の実施形態
第六の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、周波数同期信号源１９から周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号（第一の出力）と、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ−Δ）の信号（第二の出力）とに加えて、さらに周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ’（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ＋Δ）の信号（第三の出力）が出力される点、および、第二の出力または第三の出力をスレーブ側位相比較器２４に与える切替器３２を備える点が、第一の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１とは異なる。
第１４図は、第六の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１の構成を示す図である。
第六の実施形態にかかる複数のレーザ光パルスの出力装置１は、マスターレーザ（第一レーザ）１１、光カプラ１２、フォトダイオード１３、マスタ側位相比較器（第一レーザ用位相差検出器）１４、マスタ側ループフィルタ（第一レーザ用ループフィルタ）１５、ピエゾドライバ１７、モータドライバ１８、周波数同期信号源（複数信号の信号源）１９、スレーブレーザ（第二レーザ）２１、光カプラ２２、フォトダイオード２３、スレーブ側位相比較器（第二レーザ用位相差検出器）２４、スレーブ側ループフィルタ（第二レーザ用ループフィルタ）２５、ピエゾドライバ２７、モータドライバ２８、信号源制御部２９ａ、モータドライバ制御部２９ｂ、切替器３２を備える。
周波数同期信号源１９は、第一の実施形態と同様に、周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号（第一の出力）と、周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ−Δ）の信号（第二の出力）とを出力する。周波数同期信号源１９は、さらに周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ’（＝ｆ＿ｍａｓｔｅｒ＋Δ）の信号（第三の出力）を出力する。なお、ｆ＿ｍａｓｔｅｒおよびΔの値は、第一の実施形態と同様である。
第１５図は、第六の実施形態にかかる周波数同期信号源１９の構成を示す図である。第六の実施形態にかかる周波数同期信号源１９は、第一水晶発振器１９１、周波数コンバータ（信号出力器）１９２ａ、１９２ｂ、第一位相比較器（第一位相差検出器）１９３ａ、第二位相比較器（第二位相差検出器）１９３ｂ、第二水晶発振器１９４、第三水晶発振器１９４ｂ、第一ループフィルタ１９５ａ、第二ループフィルタ１９５ｂを備える。
第一水晶発振器１９１は、第一の実施形態と同様であり説明を省略する。
周波数コンバータ（信号出力器）１９２ａ、第一位相比較器（第一位相差検出器）１９３ａ、第二水晶発振器１９４、第一ループフィルタ１９５ａは、それぞれ、第一の実施形態（第２図参照）の周波数コンバータ（信号出力器）１９２、位相比較器（位相差検出器）１９３、第二水晶発振器１９４、ループフィルタ１９５と同様である。
例えば、第一位相比較器１９３ａは、周波数コンバータ１９２ａの出力と、第二水晶発振器１９４の出力との位相差を検出して、出力する。第一ループフィルタ１９５ａは、第一位相比較器１９３ａの出力の高周波成分を除去する。第二水晶発振器１９４は、第一ループフィルタ１９５ａの出力（Ｖｃｏｎｔ）を受け、Ｖｃｏｎｔに応じて、発振周波数を変化させる。ただし、第一位相比較器１９３ａの出力する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）となるように、第二水晶発振器１９４が発振周波数を変化させる。
周波数コンバータ（信号出力器）１９２ｂ、第二位相比較器（第二位相差検出器）１９３ｂ、第三水晶発振器１９４ｂ、第二ループフィルタ１９５ｂは、それぞれ、第一の実施形態（第２図参照）の周波数コンバータ（信号出力器）１９２、位相比較器（位相差検出器）１９３、第二水晶発振器１９４、ループフィルタ１９５と同様である。
例えば、第二位相比較器１９３ｂは、周波数コンバータ１９２ｂの出力と、第三水晶発振器１９４ｂの出力との位相差を検出して、出力する。第二ループフィルタ１９５ｂは、第二位相比較器１９３ｂの出力の高周波成分を除去する。第三水晶発振器１９４ｂは、第二ループフィルタ１９５ｂの出力（Ｖｃｏｎｔ’）を受け、Ｖｃｏｎｔ’に応じて、発振周波数を変化させる。ただし、第二位相比較器１９３ｂの出力する位相差が一定値（例えば、０度、９０度または−９０度）となるように、第三水晶発振器１９４ｂが発振周波数を変化させる。
ここで、第一水晶発振器１９１の出力を、第一の出力（周波数ｆ＿ｍａｓｔｅｒの信号）とする。第二水晶発振器１９４の出力を、第二の出力（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号）とする。第三水晶発振器１９４ｂの出力を、第三の出力（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ’の信号）とする。
第一水晶発振器１９１、第二水晶発振器１９４および第三水晶発振器１９４ｂのいずれか一つ以上が、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）であることが好ましい。
周波数コンバータ１９２ａには、信号源制御部２９ａから内部周波数設定信号Ｓｉｇ１、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２が与えられる。周波数コンバータ１９２ｂには、信号源制御部２９ａから内部周波数設定信号Ｓｉｇ１’、出力周波数設定信号Ｓｉｇ２’が与えられる。これにより、周波数コンバータ１９２ａからは周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号が出力され、周波数コンバータ１９２ｂからは周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ’の信号が出力される。
第１４図を参照して、切替器３２は、第二の出力（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの信号）および第三の出力（周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ’の信号）を受け、第二の出力または第三の出力を出力し、スレーブ側位相比較器２４に与える。切替器３２は、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｌｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ）スイッチであり、第二の出力を受ける端子と、第三の出力を受ける端子と、スレーブ側位相比較器２４の入力に接続された端子とを備え、第二の出力を受ける端子および第三の出力を受ける端子のいずれかを、スレーブ側位相比較器２４の入力に接続された端子に接続する。
スレーブ側位相比較器２４は、フォトダイオード２３の出力と、切替器３２の出力との位相を比較し、両者の位相差を検出して出力する。
周波数同期信号源１９、スレーブ側位相比較器２４、信号源制御部２９ａおよび切替器３２以外の部分は、第一の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
第六の実施形態の動作は、第一の実施形態の動作とほぼ同様である。ただし、切替器３２が、第二の出力をスレーブ側位相比較器２４に与えれば、スレーブレーザ２１は、繰り返し周波数ｆ＿ｓｌａｖｅの第二レーザ光パルスを出力する。切替器３２が、第三の出力をスレーブ側位相比較器２４に与えれば、スレーブレーザ２１は、繰り返し周波数ｆ＿ｓｌａｖｅ’の第二レーザ光パルスを出力する。切替器３２は、第二の出力をスレーブ側位相比較器２４に与え、しばらくした後で、第三の出力をスレーブ側位相比較器２４に与え、さらにしばらくした後で、第二の出力をスレーブ側位相比較器２４に与えるといったように、第二の出力および第三の出力を交互にスレーブ側位相比較器２４に与える。
第一の実施形態においては、マスターレーザ１１の出力する第一レーザ光パルスに対する、スレーブレーザ２１の出力する第二レーザ光パルスの位相は単調増加していく。
ここで、第六の実施形態によれば、切替器３２が第二の出力および第三の出力を交互にスレーブ側位相比較器２４に与える。これにより、マスターレーザ１１の出力する第一レーザ光パルスに対する、スレーブレーザ２１の出力する第二レーザ光パルスの位相を、単調増加から単調減少に、または、単調減少から単調増加に切り替えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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